«Космические скалы» — NGC 3324, область звездообразования в туманности Киля, полученная с помощью прибора NIRCam космического телескопа Джеймса Уэбба. Предоставлено: NASA/ESA/CSA/STScI
NASA, Европейское космическое агентство (ЕSА) и Канадское космическое агентство (CSA) опубликовали первый набор полноцветных изображений, сделанных космическим телескопом «Джеймса Уэбба» — новейшим, самым мощным и самым большим космическим телескопом в мире. Всего было предоставлено пять изображений, первое из которых было презентовано президентом США Джо Байденом и вице-президентом Камалой Харрис в Белом доме накануне, 11 июля.
Научные группы «Уэбба» выбрали пять целей для визуализации и анализа с помощью четырех инструментов Уэбба: MIRI (сканер среднего инфракрасного диапазона), NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона), NIRSpec (спектрометр ближнего инфракрасного диапазона) и FGS/NIRISS (точный навигатор). А также датчик и формирователь изображения в ближней инфракрасной области спектра и безщелевой спектрограф (NIRISS). Пятью целями на изображениях были туманность Киля, WASP-96b, туманность Южное кольцо, квинтет Стефана и SMACS 0723.
«Первое глубокое поле Уэбба» (SMACS 0723)
Первым из пяти изображений, которые были показаны, было первое изображение «глубокого поля», сделанное «Уэббом», метко названное «Первое глубокое поле Уэбба». SMACS 0723 — это космическая цель изображения, которое является самым глубоким инфракрасным изображением с самым высоким разрешением, когда-либо полученным телескопом. Изображение было первым, выпущенным 11 июля, и послужило предварительным просмотром перед публикацией остальных четырех изображений, выпущенных на следующий день.
Изображение было получено с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона «Уэбба», или NIRCam, которая отображает объекты в ближней инфракрасной области электромагнитного спектра. Инструмент среднего инфракрасного диапазона «Уэбба», или MIRI, также зафиксировал SMACS 0723 в средней инфракрасной области спектра. NIRCam сделал несколько изображений на разных длинах волн, которые затем были сшиты вместе, чтобы сделать окончательное составное изображение, которое было опубликовано 11 числа.
«Первое глубокое поле Уэбба», сделанное космическим телескопом Джеймса Уэбба. (Источник: НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
Хотя может показаться, что изображение, наполненное яркими звездами и великолепными галактиками всех форм, размеров и цветов, занимает большую часть неба, оно размером всего лишь с песчинку, которую держат на расстоянии вытянутой руки, занимая невероятно небольшая часть неба. Более того, «Уэббу» потребовалось всего 12,5 часов, чтобы собрать весь свет, необходимый для сшивки окончательного составного изображения. Для сравнения, космическому телескопу «Хаббл» NASA/ЕSА потребовалось 10 дней, чтобы собрать все изображения, необходимые для создания культового изображения «Hubble Deep Field» 1995 года.
SMACS 0723 — это скопление галактик, расположенное примерно в 4,35 миллиардах световых лет от Земли. Из-за удаленности мы видим SMACS 0723 таким, каким он был много миллиардов лет назад. Кроме того, общей массы скопления галактик достаточно, чтобы действовать как гравитационная линза, искажая часть света, который мы видим от скопления, и увеличивая далекие галактики. Вот почему некоторые из галактик на изображении могут казаться искаженными или иметь странную форму.
Из-за большого расстояния до некоторых галактик и других космических объектов, видимых на этом изображении, свету от них могут потребоваться миллиарды лет, чтобы добраться до нас. Расширение Вселенной с течением времени приводит к тому, что свет от этих галактик растягивается до инфракрасных длин волн, становясь невидимым как для видимых, так и для рентгеновских телескопов, таких как Хаббл и Чандра. Тем не менее, Уэбб специально разработан как инфракрасный телескоп и может видеть свет от этих далеких галактик, что, по сути, позволяет Уэббу оглянуться назад во времени на некоторые из первых галактик, которые образовались после Большого взрыва.
Прибор Уэбба MIRI также сделал снимок SMACS 0723, показав много разных цветов и бликов, где пыль находится в скоплении. Эта пыль является материалом для образования звезд, что в конечном итоге может привести к образованию жизни. Галактики синего цвета на изображении выше содержат звезды, но очень мало пыли. Галактики красного цвета состоят из звезд и больших толстых слоев пыли. Наконец, галактики зеленого цвета заполнены химическими соединениями, такими как углеводороды. Понимание того, из чего состоят галактики, является ключом к пониманию исследователями того, как формируются и развиваются галактики.
SMACS 0723, видимый прибором MIRI Уэбба в среднем инфракрасном диапазоне (слева) и прибором NIRCam в ближнем инфракрасном диапазоне (справа). (Источник: НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
Наконец, Уэбб использовал свой спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) и формирователь изображений ближнего инфракрасного диапазона и безщелевой спектрограф (NIRISS) для сбора данных спектров на SMACS 0723 в первый раз, когда этот тип технологии был использован в космосе.
Данные NIRSpec показали, что свет от одной из галактик на изображении путешествовал в космосе 13,1 миллиарда лет, прежде чем зеркала Уэбба уловили его и отобразили. Общий возраст Вселенной оценивается в 13,7 миллиардов лет.
Данные, собранные NIRISS, показали, что одна из галактик в SMACS 0723 имеет зеркальное отражение самой себя.
Исследователи планируют продолжить использовать Webb для исследования SMACS 0723, анализируя научные данные, собранные для его первых изображений, а также, возможно, используя телескоп для получения более длительных экспозиций скопления, что позволит выявить больше галактик внутри скопления.
Спектральные данные SMACS 0723, собранные космическим телескопом Джеймса Уэбба. (Источник: НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
WASP-96b
Следующим опубликованным изображением были данные спектров, собранные Уэббом на экзопланете WASP-96b.
Хотя это и не изображение самой экзопланеты, опубликованное изображение показывает спектральные данные, собранные Уэббом на экзопланете, которая расположена вокруг звезды класса G WASP-96 примерно в 1150 световых годах от Земли. Данные Уэбба показывают наличие облаков и дымки в атмосфере WASP-96b, а также отчетливую водную сигнатуру на экзопланете.
Кривая блеска, созданная прохождением WASP-96b через ее родительскую звезду, полученная с помощью прибора Уэбба NIRISS. (Источник: НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
Спектральные данные, полученные с помощью устройства формирования изображений в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевого спектрографа Уэбба (NIRISS) 21 июня 2022 года, являются результатом измерения Уэббом NIRISS света от системы WASP-96 в течение почти семи часов, когда WASP-96b совершал прохождение звезды.
Когда экзопланета проходит перед своей родительской звездой, ученые могут измерить разницу в свете звезды, вызванную транзитом экзопланеты, чтобы определить характеристики транзитной экзопланеты. Для данных WASP-96b NIRISS наблюдал свет от WASP-96, когда WASP-96b проходил через него, и построил кривую блеска, которая показывает, как свет от WASP-96 менялся в течение периода наблюдения, и спектр пропускания, который показывает, как некоторые газы находятся на WASP-96b.
Кривая блеска, созданная по транзиту WASP-96b, подтверждает предыдущие данные, собранные другими обсерваториями о существовании, размере и орбите WASP-96b вокруг WASP-96.
Однако данные спектра передачи показали, что атмосфера WASP-96b имеет признаки воды, признаки облаков (которые ранее считались отсутствующими на WASP-96b) и признаки дымки.
В спектре передачи WASP-96b, созданном NIRISS, расположение и высота пиков на графике показывают ученым, какие соединения присутствуют и насколько они распространены на экзопланете.
Спектр передачи, созданный при прохождении WASP-96b прибором NIRISS Уэбба. (Источник: НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
Спектральные данные WASP-96b, собранные NIRISS, являются наиболее подробными данными спектра передачи в ближнем инфракрасном диапазоне, когда-либо собранными телескопом. Кроме того, NIRISS смог измерить и зафиксировать очень широкий диапазон длин волн в своих данных, включая части электромагнитного спектра, которые никогда не могли быть измерены другими телескопами (в частности, любые длины волн длиннее 1,6 микрон).
Используя спектр NIRISS, ученые смогут измерить водяной пар в атмосфере WASP-96b, определить содержание таких элементов, как углерод и кислород, и оценить температуру атмосферы экзопланеты. Знание этих различных характеристик позволит им определить общий состав WASP-96b, а также то, как он родился и развивался с течением времени.
Спектральные данные WASP-96b были получены путем одновременного анализа 280 отдельных спектров в течение 6,4-часового периода наблюдения, что дает лишь небольшое представление о том, что может делать Уэбб при анализе экзопланет. В течение следующих нескольких месяцев и лет ученые будут использовать спектроскопию для исследования поверхностей экзопланет, атмосфер и многого другого, чтобы лучше понять планеты и нашу солнечную систему. Фактически, почти четверть первого цикла наблюдений Уэбба посвящена съемке экзопланет.
Туманность «Южное кольцо»
Третьим из пяти опубликованных изображений было изображение Уэбба туманности «Южное кольцо», или NGC 3132. Изображение было представлено членами научной группы Уэбба из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд.
Благодаря изображениям, сделанным приборами NIRCam и MIRI Уэбба, ученые обнаружили, что звезда в центре туманности, которая находится примерно в 2500 световых годах от нас, покрыта пылью. Изображение, полученное Уэббом, показывает туманность с двумя звездами в центре, замкнутыми на узкой орбите. Выброс звездного вещества одной из этих звезд (самой тусклой из двух) создал туманность, а звездная пара формирует потрясающий ландшафт туманности.
Туманность Южное Кольцо, видимая в ближнем инфракрасном диапазоне прибором Уэбба NIRCam. (Источник: НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
Новые инфракрасные снимки Уэбба раскрывают детали туманности и ее основных звезд. Изображение NIRCam, полученное в ближнем инфракрасном спектре, показывает звезды как яркую, заметную часть туманности. Однако изображение с прибора MIRI Уэбба, сделанное в среднем инфракрасном диапазоне, показывает основные звезды как два отдельных объекта, причем вторая звезда окружена пылью.
Это первый раз, когда вокруг второй звезды была обнаружена пыль, и это показывает, что более яркая звезда моложе и все еще находится на более ранней стадии звездной эволюции, что, вероятно, означает, что более яркая звезда выбросит свою собственную планетарную туманность когда-нибудь в будущем.
Однако, хотя она медленно стареет к своей возможной смерти, она поможет повлиять на внешний вид туманности Южное кольцо. Каждый раз, когда более яркие и более тусклые звезды вращаются вокруг друг друга, они перемешиваются с газом и пылью, из которых состоит туманность, создавая асимметричные узоры во внешнем виде туманности и формируя «оболочки» из газа и пыли.
Каждая новая оболочка, образующаяся в туманности, представляет собой событие, когда более слабая звезда потеряла часть своей массы. Таким образом, более широкие оболочки, расположенные на внешних границах туманности, образовались, когда газ и пыль впервые были выброшены из звезд, а более плотные оболочки, расположенные ближе всего к звездам, возникли в результате самых последних выбросов.
Кроме того, на изображении NIRCam очень тонкие лучи звездного света от центральных звезд расположены вокруг туманности. Эти лучи звездного света исходят из туманности, где расположены щели и дыры в газе и пыли, подобно тому, как солнечный свет иногда струится через щели в облаках на Земле.
Туманность Южное кольцо в среднем инфракрасном диапазоне, полученная с помощью прибора Уэбба MIRI. (Источник: НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
Каждая оболочка, которую выбрасывают центральные звезды, дает ученым возможность точно измерить газ и пыль внутри туманности. Эти оболочки в конечном итоге обогатят окружающие их области и расширятся в межзвездную среду, которая представляет собой газ и пыль, присутствующие между звездами, и будут путешествовать в космосе в течение миллиардов лет, пока, вероятно, не будут включены в новую звездную систему или планету.
Астрономы смогут глубоко изучить характеристики планетарных туманностей, таких как туманность Южное кольцо, используя огромную мощность и возможности инструментов Webb. Понимание того, где и какие молекулы присутствуют в туманностях, поможет исследователям уточнить свои знания о туманностях.
Версию изображения туманности Южное кольцо Уэбба с NIRCam в высоком разрешении можно найти здесь.
Версию MIRI-изображения туманности Южное кольцо Уэбба в высоком разрешении можно найти здесь.
Квинтет Стефана
Четвертое опубликованное изображение было Квинтетом Стефана, группой из пяти галактик, расположенных в созвездии Пегаса. Изображение было опубликовано членами Европейского космического агентства в Европейском центре космических операций в Дармштадте, Германия.
На изображении показана закрученная красота пяти галактик в составе квинтета в инфракрасном диапазоне. Пятью галактиками, составляющими квинтет Стефана, являются NGC 7317, NGC 7318a, NGC 7318b, NGC 7319 и NGC 7320c, причем NGC 7320 является самым ярким членом визуальной группы.
Квинтет Стефана, полученный с помощью инструментов Webb NIRCam и MIRI. (Источник: НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
Изображение, представляющее собой мозаику из более чем 150 миллионов пикселей и почти 1000 отдельных файлов изображений, является самым большим изображением Уэбба на сегодняшний день.
Сам квинтет состоит только из четырех галактик, которые на самом деле компактны, а пятая, NGC 7320, полностью отделена от группы, но попадает в поле зрения других четырех галактик.
Четыре компактные галактики NGC 7317, NGC 7318a, NGC 7318b и NGC 7319 расположены примерно в 290 миллионах световых лет от Земли, а NGC 7320 — всего в 40 миллионах световых лет от Земли. Хотя эти расстояния могут показаться большими, галактики на самом деле относительно близки к Земле с космической точки зрения, причем многие галактики находятся на расстоянии миллиардов световых лет, а не миллионов.
Многие галактики в квинтете взаимодействуют и сталкиваются друг с другом. Ученым редко удается так подробно анализировать галактики, находящиеся так близко к Земле, особенно структуру и характеристики сталкивающихся галактик. Анализируя изображение выше, ученые смогут анализировать структуры сталкивающихся галактик, исследовать, как происходит возмущение газа в галактиках и как взаимодействующие галактики вызывают звездообразование друг в друге.
Квинтет Стефана в среднем инфракрасном диапазоне, сделанный MIRI. (Источник: НАСА/ЕКА/CSA/STScI)
Тесные, взаимодействующие группы галактик, такие как Квинтет Стефана, могли быть гораздо более распространены в ранней Вселенной, когда перегретый материал внутри галактик мог подпитывать квазары, которые по сути являются чрезвычайно энергичными черными дырами.
Фактически, NGC 7319, самая верхняя галактика в квинте, имеет сверхмассивную черную дыру внутри своего галактического ядра, которая все еще активна. Эта черная дыра в 24 миллиона раз больше массы нашего Солнца, а ее яркость сравнима с яркостью 40 миллиардов солнц.
Используя свои инструменты NIRSpec и MIRI, Уэбб сфотографировал и изучил галактический центр NGC 7319 в мельчайших деталях. Интегральные полевые блоки (IFU) инструментов, которые представляют собой камеру и спектрограф, объединенные в одну систему, дали научной группе Уэбба коллекцию изображений, известную как «куб данных», которые подчеркивают спектральные особенности галактического центра.
IFU дают ученым возможность разделять изображения для детального изучения. Одно из таких изображений было горячим газом вблизи черной дыры, что позволило ученым измерить скорость ярких потоков, исходящих из черной дыры.
Данные IFU о NGC 7319, полученные с помощью инструментов Webb NIRSpec (слева) и MIRI (справа). (Источник: НАСА/ЕКА/CSASTScI)
Через несколько галактик, в NGC 7320 (крайняя левая галактика в квинтете), Уэбб смог по отдельности разрешить звезды в рукавах галактики и ярком центральном ядре.
Данные, собранные Уэббом на квинтете Стефана, помогут ученым понять, как черные дыры, особенно сверхмассивные черные дыры, питаются и растут, а также скорость, с которой они это делают. Кроме того, изображения Квинтета Стефана, сделанные Уэббом, являются еще одним проявлением огромной силы и возможностей Уэбба и показывают, что Уэбб может более непосредственно наблюдать области звездообразования и может исследовать выбросы пыли в галактиках.
Версию квинтета Стефана в высоком разрешении, полученную камерами NIRCam и MIRI Уэбба, можно найти здесь.
Версию Квинтета Стефана в высоком разрешении, снятую камерой Уэбба NIRCam, можно найти здесь.
Версию Квинтета Стефана в высоком разрешении, полученную с помощью MIRI Уэбба, можно найти здесь.
«Космические скалы» (NGC 3324, туманность Киля)
Пятое и последнее опубликованное изображение относится к области звездообразования в туманности Киля. Окончательное изображение было представлено в Центре космических полетов Годдарда в Мэриленде заместителем научного сотрудника Уэбба.
Изображение под названием «Космические скалы» — возможно, самое визуально впечатляющее изображение Уэбба на данный момент — демонстрирует истинную красоту туманностей в инфракрасном диапазоне с огромными «горами» и «долинами» из газа и пыли, создающими область с идеальным изображением. условия для рождения новых звезд.
На изображении виден край массивной газовой полости с некоторыми «пиками» газа, достигающими невероятной высоты почти в семь световых лет. Массивная стена газа и пыли, видимая в центре изображения, была очищена сильным ультрафиолетовым излучением и звездным ветром от молодых звезд, которые образовались в центре большой пузыревидной области синего цвета, которая находится над областью изображения.
Эти молодые звезды чрезвычайно массивны и горячи — они создают сильное излучение и ветер, очищающие нижние части изображения. В частности, ультрафиолетовое излучение, производимое звездами, разрушает стену туманности, действуя как своего рода скульптор, превращая стену туманности в «горы» и «долины» из газа и пыли, которые мы видим на изображении. Голубоватый «пар», поднимающийся от стены туманности, представляет собой горячий ионизированный газ и горячую пыль, удаляющиеся от туманности из-за постоянного воздействия сильного излучения.
Более того, рождение новых звезд и звезд, скрытых за стенами газа и пыли, выявляется с помощью инфракрасных изображений Webb. Раньше многие из звезд, видимых за газом и пылью на этом изображении, нельзя было увидеть, потому что телескопы видимого света, такие как Хаббл, не могут видеть сквозь стену пыли и газа, закрывающую их.
Самые молодые звезды на этом изображении выглядят как красные точки в пыльных областях туманности и представляют собой протозвездные джеты, которые выбрасывают материал из своего образования. Эти очень молодые звезды, которые проходят самые ранние и самые быстрые фазы звездообразования, которые часто чрезвычайно трудно поймать, но мощность, пространственное разрешение, возможности визуализации и чрезвычайная чувствительность к инфракрасному свету позволяют Уэббу захватывать эти новорожденные звезды на самых ранних стадиях.
Наблюдения и изображения Уэбба позволят ученым исследовать формирование звезд в мельчайших деталях. Звездообразование начинается с расширения полости туманности, а затем распространяется во времени. Когда ионизированный край туманности сталкивается с газом и пылью, он может столкнуться с нестабильным материалом. Взаимодействие между ионизированным газом и нестабильным материалом повысит давление и приведет к коллапсу материала, образуя новую звезду. Однако этот процесс также может предотвратить звездообразование из-за эрозии стенки туманности ультрафиолетовым излучением.
Составное изображение NGC 3324, полученное с помощью NIRCam и MIRI. (Источник: NASA/ESA/CSA/STScI)
Одна из основных целей Уэбба — исследовать звездообразование и некоторые из наиболее важных вопросов, связанных с ним, в том числе «что определяет количество звезд, которые образуются в определенном регионе» и «почему звезды формируются с определенной массой?»
Более того, Уэбб будет исследовать воздействие звездообразования на гигантские облака газа и пыли, подобные туманностям. В настоящее время ученые не так много знают о том, как маломассивные звезды влияют на эти облака. Звезды с малой массой часто встречаются в космических облаках чаще, чем массивные звезды, и могут создавать узкие противоположные струи, которые вводят большое количество энергии и импульса в туманности и другие облака, уменьшая количество туманного материала, необходимого для звездообразования.
Кроме того, с Уэббом ученые смогут исследовать, как эти разные типы звезд влияют на туманности и другие космические облака, и смогут определить точное количество звезд и их типов, что позволит им определить их влияние на облака.
Изображение, представленное во вторник, было получено с помощью прибора Webb NIRCam. NIRCam помог обнаружить сотни новых звезд в NGC 3324, которые когда-то были скрыты, а также несколько галактик, которые также были скрыты за стеной газа и пыли. Команды Уэбба также сфотографировали NGC 3324 с помощью MIRI и создали составное изображение туманности, используя как NIRCam, так и MIRI.
Составное изображение MIRI демонстрирует протопланетные диски — или диски формирования планет, окружающие звезды, где формируются новые экзопланеты — окружающие звезды в NGC 3324, проявляющиеся ярко-розовым и красным цветом в среднем инфракрасном диапазоне. Кроме того, изображения MIRI раскрывают структуры, скрытые внутри пыли, и показывают источники массивных струй и потоков, видимых на изображении NIRCam.
NGC 3324 находится примерно в 7600 световых годах от нас в северо-западном углу большей туманности Киля (NGC 3372). Туманность Киля расположена в созвездии Киля и является домом для других известных космических объектов, таких как туманность Замочная скважина и Эта Киля, нестабильная звезда-сверхгигант.
Версию изображения NGC 3324, сделанного NIRCam, в высоком разрешении можно найти здесь.
Версию составного изображения NGC 3324 в высоком разрешении, сделанного NIRCam и MIRI, можно найти здесь.
Дополнительную информацию о первых изображениях Уэбба и о том, как их загрузить, можно найти здесь.
Первоисточник: